一种菲涅尔器件的制作方法及制作装置与流程

本发明涉及菲涅尔器件领域，具体涉及一种菲涅尔器件的制作方法及制作装置。

背景技术：

菲涅尔透镜是由法国物理学家奥古斯汀.菲涅尔(Augustin.Fresnel)发明的，他在1822年最初使用这种透镜设计用于建立一个玻璃菲涅尔透镜系统-灯塔透镜。菲涅尔透镜(Fresnel Lens)是一种微细结构的光学元件，从正面看其像一个飞镖盘，由一环一环的同心圆组成；其工作原理十分简单：假设一个透镜的折射能量仅仅发生在光学表面(如：透镜表面)，拿掉尽可能多的光学材料，而保留表面的弯曲度。

另外一种理解就是，透镜连续表面部分“坍陷”到一个平面上。从剖面看，其表面由一系列锯齿型凹槽组成，中心部分是椭圆型弧线。每个凹槽都与相邻凹槽之间角度不同，但都将光线集中一处，形成中心焦点，也就是透镜的焦点。每个凹槽都可以看做一个独立的小透镜，把光线调整成平行光或聚光。这种透镜还能够消除部分球形像差。

目前常用的是金刚石车削方法加工菲涅尔透镜。该方法有几个方面的缺点：金刚石加工方法制作的菲涅尔透镜尺寸受限，槽型宽度20um-50um，目前能做到的4英寸。槽型小于20um，加工难度大。

但是，现有技术对于非规则的透镜，例如柱透镜形式的菲涅尔透镜，其他文字，图形的菲涅尔透镜等，目前尚没有办法进行加工。金刚石加工的价格相对比较昂贵，刀头越尖，使用寿命越短。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可以实现任意形状菲涅尔器件的制作的菲涅尔器件的制作方法及制作装置。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种菲涅尔器件的制作方法，其包括以下步骤：

1)图像3D建模；

2)将建模后的3D图，按照菲涅尔的变化规律进行量化处理；

3)通过等高投影或等宽投影进行像素微结构模拟；

4)像素化拼接；

5)通过光刻工艺将整个图像光刻完成；

6)通过转移工艺将模板转移到应用材料上。

进一步地，上述步骤2)中，量化后将图像分解为位置变量、位置变量、取向角度变量和坡度变量。

进一步地，将每一个具有取向角和坡度的像素微结构进行像素化拼接。

进一步地，上述步骤3)中，等高投影为微结构在模拟后通过有倾斜角度的条纹疏密图来表示；其中：微结构的坡度用条纹疏密来表示；微结构的角度为取向角，用条纹的倾斜角度来表示。

进一步地，上述步骤3)中，等宽投影为微结构在模拟后通过有倾斜角度的灰度图来表示；其中：微结构的坡度用灰度来表示；微结构的角度为取向角，用灰度倾斜角度来表示。

进一步地，上述步骤4)中，采用空间光调制器将像素灰度图或像素条纹疏密图，按序在记录材料上光刻，并控制二位移动平台相应移位，直至整个图像光刻完成。

进一步地，上述步骤5)中，经显影处理完成任意形状菲涅尔器件的模板制作，再经过后续工序，最终转移到应用材料上。

一种菲涅尔器件的制作装置，其包括：

空间光调制器，其用于显示图像数据；

光源，其发出的光照明空间光调制器；

精缩光学系统，其将空间光调制器上的图像微缩到记录材料表面，形成结构光场，该光场与感光材料发生光化学作用；

二维移动平台，其提供光学系统和记录材料的相对移动；

控制系统，其用于图像显示、曝光、工件台移动协调工作。

进一步地，上述空间光调制器为透射式的LCD、反射式的DMD或反射式的LCOS。

本发明提供的一种菲涅尔器件的制作方法及制作装置，通过进行3D建模、菲涅尔量化、像素微结构模拟、像素化拼接、光刻工艺和转移工艺，最终实现任意形状菲涅尔器件的制作；该方法将在新型印材，太阳能等领域具有重要的应用价值。因此，本发明具有如下优点：可以实现任意形状的菲涅尔器件；且尺寸不受限制，通过拼版等工艺，可以做大尺寸的菲涅尔器件；且该方法降低了成本。

附图说明

图1为本发明实施例中一种菲涅尔器件的制作方法所涉及的菲涅尔器件剖面示意图。

图2为本发明实施例中一种菲涅尔器件的制作方法所涉及的等宽度投影示意图。

图3为本发明实施例中一种菲涅尔器件的制作方法所涉及的等高度投影示意图。

图4为本发明实施例中一种菲涅尔器件的制作方法所涉及的等宽度投影的微结构模拟后示意图。

图5为本发明实施例中一种菲涅尔器件的制作方法所涉及的等高度投影的微结构模拟后示意图。

图6为本发明实施例中一种菲涅尔器件的制作方法所涉及的等宽度投影的微结构像素拼接示意图。

图7为本发明实施例中一种菲涅尔器件的制作方法所涉及的等高度投影的微结构像素拼接示意图。

图8为本发明实施例中一种菲涅尔器件的制作装置的框架结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。

一种菲涅尔器件的制作方法实施例：

为了达到本发明的目的，在本发明的一种菲涅尔器件的制作方法的其中一些实施方式中，通过进行3D建模、菲涅尔量化、像素微结构模拟、像素化拼接、光刻工艺和转移工艺，最终实现任意形状菲涅尔器件的制作。

其中，菲涅尔量化为将建模后的3D图，按照菲涅尔的变化规律进行量化，量化后可以将图像分解为4个变量，位置变量X、Y，取向角度变量θ，微结构坡度；

如图2-5所示，像素微结构模拟方法可以通过两种方法获得：

一种为等高投影，等高投影模拟的微结构的坡度用条纹疏密来表示，条纹密表示微结构陡，条纹疏表示微结构平坦；等高投影模拟的微结构的角度为取向角，用条纹的倾斜角度来表示；等高投影模拟后，像素微结构用有倾斜角度的条纹疏密图来表示；

另一种为等宽投影，等宽投影模拟的微结构的坡度用灰度来表示，灰度变化率快表示微结构陡，灰度变化率慢表示微结构平坦；等宽投影模拟的微结构的角度为取向角，用倾斜角度来表示；等宽投影模拟后，像素微结构用有倾斜角度的灰度图来表示。

如图6至图7所示，将每一个具有取向角和坡度的像素微结构进行像素化拼接。

一种菲涅尔器件的制作装置实施例：

为了达到本发明的目的，在本发明的一种菲涅尔器件的制作装置的其中一些实施方式中，如图8所示，该装置包括空间光调制器81、光源82、精缩光学系统83、二维移动平台84和控制系统85。空间光调制器81用于显示图像数据，可以采用透射式的LCD、反射式的DMD、LCOS等，光源82发出的光照明空间光调制器81；经精缩光学系统83将空间光调制器81上的图像微缩到记录材料表面，形成结构光场，该光场与感光材料发生光化学作用；二维移动平台84提供光学系统和记录材料的相对移动；控制系统85用于图像显示、曝光、工件台移动协调工作。最后经过后续转移工艺，最终转移到其他材料上，实现任意形状菲涅尔器件的制作。

上述实施例所述的一种菲涅尔器件的制作方法及制作装置与现有技术相比，具有以下优点：可以实现任意形状的菲涅尔器件；且尺寸不受限制，通过拼版等工艺，可以做大尺寸的菲涅尔器件；且该方法降低了成本。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。